黑脉金斑蝶的正面与底面相似，底面主体呈淡黄色，翅脉及边缘与正面相似均为黑色，而底面的白点比正面较大。前翅近端位有些许橙点，前翅的颜色较后翅深，在前翅的上缘有着对称排列的四个白色斑点。尖端区域微微向外弯曲。蝴蝶的身体黑色，胸段上可以看到一些黑色的簇毛。雄蝶的后翅上有黑色的性征鳞片，而翅脉较雌蝶的窄，且雄蝶较雌蝶为大。

与成蝶一样，完全成长的毛虫也非常独特，在整个5厘米长的身体上拥有鲜明的黄色、黑色和白色条纹，头部附近有一对长黑色细丝和一对较短的细丝朝后。在变态期间，毛毛虫形成一个石灰绿色的蛹，上面标有金色斑点，黑色带纹和金色边缘。

这是一个开放的不耐霜冻的物种，其繁殖栖息地的范围很大程度上取决于马利筋属植物群的存在。它们需要密集的树木覆盖以进行越冬，而美国加利福尼亚州大部分地区都生长和种植桉树，特别是蓝桉。这些树木从澳大利亚引进，填充了通过伐木减少的当地树种和林木。

幼虫以马利筋属的各种马利筋为食。从这些植物中，它们获得并储存强心苷，是二级植物化合物，以保护它们免于捕食。成虫觅食花蜜或以腐烂果实的汁液为食物。

黑脉金斑蝶每年都会进行迁徙。在北美洲，它们在8月至初霜向南迁徙，并于春天向北回归。在澳洲，它们会作有限度的迁徙。雌蝶在迁徙时产卵。到了10月，洛矶山脉的群族会迁徙到墨西哥米却肯州的神殿内。西方的群族会在美国加利福尼亚州南部过冬。

在初夏出生的黑脉金斑蝶寿命不到两个月，但它们迁徙的时间却远远超过这个时间。在夏天最后出生的一代会进入滞育期，并会活超过7个月。在滞育期，它们会迁徙到其中一个过冬的地方。过冬的一代一般都不会繁殖，在2-3月离开时才会繁殖。洛矶山脉群族春天时会向北迁徙至得克萨斯州及奥克拉荷马州。回到美国及加拿大原住地方的已经是第二、三或四代的君主斑蝶。

由于风向原因，只有少数的黑脉金斑蝶会在英国的西南部出现，最东的曾在英国的龙本宁顿（Long Bennington）出现。在新西兰也曾见到黑脉金斑蝶。在夏威夷也有出没，但却没有迁徙的情况。

2009年9月，科学家经过不懈努力，清楚了黑脉金斑蝶大规模远距离迁徙的机制。大研究表明指引它们迁徙的生物钟存在于触须上。北美洲的黑脉金斑蝶使用太阳和地球磁场作为导航工具，完成数千公里的远途迁移。

它们每年从美国和加拿大南部飞往墨西哥中部米却肯山脉越冬，迁徙路程达到数千公里。长期以来，科学家认为这种昆虫使用大脑中一种“太阳指南针”进行导航，但他们观察发现即使在严重阴沉的天气，它们仍能正确导航飞行，这意味着它们同时还依赖地球磁场进行导航。

美国马萨诸塞州生物学家指出，有证据表明黑脉金斑蝶是迄今发现使用地球磁场导航的第一种远途迁移昆虫。他们将黑脉金斑蝶放置在一个飞行模拟器中，该模拟器被不同人造磁场环绕，从而测试这种昆虫的方向感。

在初始测试中，多数黑脉金斑蝶头部朝向赤道方向，但是当磁场倾斜角颠倒时，它们朝向北方飞行。磁场指南针工作方式仅存在于可见光谱上边缘存在光线的情况下，这种蝴蝶的触角包含着光敏磁场探测器，使其能够探测到磁场。该项最新研究报告发表在《自然通讯》杂志上。

这项研究使黑脉金斑蝶加入地球磁场导航物种之列，研究人员指出，这项研究揭开了美丽的黑脉金斑蝶的神秘迁移行为，巧妙地利用地球磁场作为导航，将有助于它们存活下来，抵消气候变化、乳草属植物和越冬栖息地持续减少所带来的威胁。

伴随着人类活动的影响，这些地球磁场导航的生物也不同程度地受到干扰，人类制造的电磁噪声将潜在破坏黑脉金斑蝶的磁场指南针，这将明显破坏候鸟的地磁方向。

黑脉金斑蝶以马利筋属植物为食，而此类植物含有一种高浓度的化学物质——强心苷（也叫卡烯内酯），使得黑脉金斑蝶体内也聚积了这种有毒物质，这对黑脉金斑蝶起到了保护作用，避免某些掠食者的侵袭。另外，黑脉金斑蝶斑斓的色彩也有警告捕食者的作用。它们鲜艳的颜色及翅膀的高同比都显示它们是不适口的。这种现象称为警戒作用。这种保护机制，称为“贝氏拟态”。

黑脉金斑蝶的生命周期是完全变态的昆虫，即一生会经过四个阶段：卵、幼虫、蛹、成虫。

黑脉金斑蝶在春天和夏天迁徙到夏季领地后开始繁殖产卵。，雌蝶将它的卵产在马利筋植物上。卵一般为半球形，呈奶白色，期后会转变为淡黄色，表面有蜡质壳，防止水分蒸发，一端有细孔，是精子进入的通路。成虫会将卵产于其寄主植物或嫩芽上，即黑脉金斑蝶幼虫会进食的植物，为幼虫准备好合适的生长地点。卵需要3-15天才能孵化成幼虫。幼虫以马利筋为食，持续约两周。在两周结束时，它们将自己贴在树枝上，脱掉外皮并变成蛹。

黑脉金斑蝶幼虫为毛虫，孵化出后的毛虫会吃卵壳，及马利筋及卡烯内酯。在这个阶段，它们会将能量储存成脂肪及营养素，以渡过不吃不喝的蛹阶段。在毛虫阶段，会将能量储存成脂肪及营养素，以渡过不吃不喝的蛹阶段。随着幼虫生长，一般要经过4-6次蜕皮，幼虫每次脱皮为一龄，并把旧外壳吃掉。

黑脉金斑蝶幼虫完全成长后便会停止进食，到处爬行着寻找一个适合的结蛹地方。蛱蝶蝶科的蝴蝶的蛹是头下尾上的悬吊着，称为悬蛹；它们会把身体拉长量度周围的空间是否足够破蛹羽化时顺利展开翅膀。当找到结蛹的地方时，金斑蝶会在该处吐丝，将身体末端固定在丝上，金斑蝶幼虫会在叶子背面隐蔽的地方结蛹，然后逐渐变硬，成为前蛹。约一天后，前蛹脱去幼虫外皮，露出蝶蛹。蛹内幼虫的器具会逐渐分解，然后重新组成金斑的身体。在蛹阶段，毛虫会在树枝或树叶等上吐丝，以其最后的腹脚来吊起整个蛹。它会倒吊成J形，及开始脱壳，以绿色的外骨骼来包裹自己。此时会有激素的改变，以进行蝴蝶变态。蛹会在破蛹前一天变深色（其实是开始变成透明），内中可见君主斑蝶的黑橙色翅膀。此阶段约需二周。

黑脉金斑蝶的成虫性成熟后，在蛹中沿着头和胸破壳钻出，破蛹而出并继续吊在破了的蛹中几个小时，直到它的翅膀变干。刚羽化的蝴蝶翅膀皱褶和腹部膨胀，这时的蝴蝶无法躲避天敌，翅膀展开后，金斑蝶就可以飞翔了，金斑蝶的前后翅不同步扇动。 [8-9]

黑脉金斑蝶与两个相似的近亲物种，牙买加及伊斯帕尼奥拉岛的牙买加金斑蝶（Danaus cleophile）、南美洲亚玛逊河的南大桦斑蝶，在2005年前同属于斑蝶亚属。伊丽金斑蝶（Danaus erippus）与黑脉金斑蝶几乎完全一样，但是蛹却有所不同，曾一度被认为是黑脉金斑蝶的亚种。不过根据形态学、线粒体DNA（12S rRNA）、胞色素氧化酶第一次单元序列、天然DNA（18S rRNA）及延伸因子基因(EF-1α)的分析，发现它们应该与黑脉金斑蝶是不同的物种。有指南大桦斑蝶的祖先与黑脉金斑蝶的祖先在于200万年前的上新世末期分裂。当时海平面较为高，而整个亚马逊低地都是汽水沼泽，并不适合蝴蝶生活。

粉红马利筋Asclepias incarnata L.

紫花马利筋Asclepias perennis Walter

苋色马利筋Asclepias syriaca L.

黄花马利筋 Asclepias tuberosa L.

黑脉金斑蝶体内含有卡烯内酯毒素，但主要积聚在腹部及翅膀部位。所以一些掠食者会把这些部位撕开，去吃其他的部份。在北美洲，异色瓢虫的幼虫或成虫会吃君主斑蝶的卵或初出生的幼虫。在夏威夷的黑脉金斑蝶只有低含量的卡烯内酯，而一些鸟类可以忍受这种毒素。黑喉红臀鹎和红耳鹎这两种鸟会吃黑脉金斑蝶的幼虫及蛹，也会吃正在休息的成虫。

黑脉金斑蝶的寄生虫是寄生蝇。被寄生的幼虫会继续脱毛及悬挂自己，但却于成蛹前死亡。一种微球菌属的Micrococcus flacidifex danai亦会影响幼虫及导致死亡。绿脓杆菌虽没有入侵能力，但却会引发君主斑蝶继发感染。一种称为Ophryocystis elektroscirrha的原生动物是黑脉金斑蝶的另一种寄生虫。它会感染皮下组织，并以在蛹时期长成的孢子传播。孢子会在受感染的整只黑脉金斑蝶身体，而大部份集中在腹部。这些孢子会在雌蝶产卵时被擦掉，而出生后的毛虫则会吃下并受感柒染。严重感染的身体会变得虚弱，不能展开翅膀及寿命较短。经过几代后仍会有感染的情况。

2006年以来，由于墨西哥滥砍滥伐和大量使用农药化肥，破坏了黑脉金斑蝶的越冬家园和幼虫生长环境，直接造成黑脉金斑蝶的种群数量不断下降。2012年冬，墨西哥中部的黑脉金斑蝶数量骤减59%，迎来了该物种在过去七年里的第六个减量高峰。科学家认为，这些蝴蝶长期以来一直往返于墨西哥和北美之间，它们将墨西哥作为藏身之所，又飞到北美去寻找食物和产卵。这次蝴蝶的减量是符合外来物种迁徙规律的。蝴蝶之所以不能在墨西哥当地觅食主要是由于当地使用的除草剂使得大批马利筋类植物不能生存，而这类植物正是黑脉金斑蝶赖以生存的食物来源。

未列入《野生动植物种贸易欧盟监管法规》（EU regulation on trading with species of wild Fauna and Flora）